JP2552743B2 - ロボット制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は工業用ロボットに関し、動作軌跡を自動教示
することができるロボット制御装置に関する。本発明装
置は磨き作業を行わせるロボットに適用するに好適であ
る。

「従来の技術」 一般にロボットに所定の軌跡を移動させて磨き作業を
おこなわせる場合、例えば、特開昭60−20858号公報に
示されるように、先端に砥石の押し付け力を検出するセ
ンサを設け、磨き作業を行おうとする工作物の作業開始
点と作業終了点および、この２点間を結ぶ線上の所定の
位置に一定の押し付け力を付加して接触させ、座標デー
タを入力し、この座標データに基づいて工作物の形状に
あわせて直線補間と円弧補間を選択し、補間データを作
成してティーチングを完了する。こののち、作成された
ティーチングデータより砥石を移動し、砥石に一定の押
し付け力が付加されるように軌跡を補正しながら磨き作
業を行っていた。

「発明が解決しようとする課題」 ところで、上述のようなティーチングでは、工作物が
平面的なものであれば、作業開始点と作業終了点の間の
線は直線補間により、この２点間を結ぶ線上に補間用の
点の座標データを入力する必要はない。しかしながら、
曲面である場合には、単純な円弧補間を用いた場合に
も、正確に曲率を決定するために複数の補間用の点の座
標を記憶させることとなり、ティーチング作業を行うに
対して作業者の負荷が大きくなるという問題点があっ
た。

本発明は、上記の課題を解決するためなされたもので
あり、その目的とするところは、工作物が曲面、平面に
かかわらず、少ない点にて実際の加工に則した動作軌跡
を自動教示することができるロボット制御装置を提供す
ることにある。

「課題を解決するための手段」 上記の目的を達成するため、本発明では、第１図に示
す様に、ロボット10の先端に取付けられ工具27を所定押
圧力で一定方向に付勢して保持するフローティングシリ
ンダ装置20と、そのフローティングシリンダ装置20のス
トローク量を検出する距離センサ28と、その距離センサ
28の出力からストローク量が所定目標値から所定しきい
値以上外れたことを判別しNG信号を出力するNG判別手段
１と、ロボット10の目標動作軌跡を教示点として記憶す
る教示点記憶手段２と、その教示点間を補間してロボッ
ト10に目標動作軌跡を走行させる走行手段３と、その走
行中の前記NG信号の発生の有無を前記各教示点間を補間
して得られた補間点で分割されたそれぞれの区間毎に記
憶するNG区間記憶手段４と、NG信号の発生した区間の補
間点を前記ストローク量を適正にする方向に移動すべく
教示点を修正する修正手段５と、前記すべての区間にお
いてNG信号が発生しなくなるまで前記走行手段３、前記
NG区間記憶手段４及び前記修正手段５を繰返し実行する
繰返し手段６と、を備えることを特徴とするロボット制
御装置が提供される。

「作用」 上記のように構成されたロボット制御装置では、ま
ず、ラフな教示により各教示点が教示点記憶手段２に記
憶される。次いで、実際に工具27をモデルとなる母材50
に接触させた状態でロボット10を走行させて上記教示点
を補間して得られた補間点の補正が行われる。

すなわち、教示点から補間された動作軌跡に母材50形
状に対して適正でない箇所があると、その箇所でフロー
ティングシリンダ装置20のストローク量が変動し所定し
きい値を外れる。所定しきい値を外れた不適正箇所は補
間点に対応した区間毎にNG区間としてNG区間記憶手段４
に記憶され、動作軌跡の走行終了後に当該区間の補間点
が修正手段５により補正される。

そして、補正された補間点に基づいた新たな動作軌跡
により２回目の走行が行われ、以下、全区間においてス
トローク量が所定しきい値内に収まるまで、ロボット10
の走行及び各教示点の補正が繰り返される。

従って、最初ラフに教示された教示点は、工具27が所
定の押圧力で母材50に接触しフローティングシリンダ装
置20のストローク量が全動作軌跡において所定しきい値
内の一定値となるように、自動動作により補正される。

「実施例」 本発明の実施例について図面を参照して説明する。第
２図はロボット10を示す斜視図である。このロボットは
６自由度を持つ多関節型のロボットであり、アーム先端
に取付けられた回転砥石27により磨き作業を行う。工作
物は自動車用フレームであり、ピラールとルーフとの接
合部をアーク溶接したビード部分を滑らかに仕上げる磨
き作業を行うものである。

ロボットの構造について説明する。固定ベース11上に
台形をした旋回ベース12が鉛直な第１軸線A1を中心に水
平面内で回転自在に支承され、第１軸駆動モータM1によ
り旋回駆動される。旋回ベース12上には、第１アーム13
が水平な第２軸線A2を中心に揺動自在に支承され、第２
軸駆動モータM2により揺動駆動される。その第１アーム
13上には、筒形状をした第２アーム14が水平な第３軸線
A3を中心に揺動自在に支承され、図示しない第３軸駆動
モータM3により揺動駆動される。第２アーム14の先端部
には、ツイストリスト15が第２アーム14中心の第４軸線
A4を中心に回転自在に支持され、第４軸駆動モータM4に
より旋回駆動される。ツイストリスト15上には、ベンド
リスト16が第５軸線A5を中心に旋回自在に支持され、第
５軸駆動モータM5により旋回駆動される。第５軸線A5は
第４軸線A4に対して傾斜した方向に設けられている。そ
のベンドリスト16上に、スイベルリスト17が第６軸線A6
を中心に旋回自在に支持され、図示されない第６軸駆動
モータM6により旋回駆動される。第６軸線A6は第５軸線
A5に対して傾斜した方向に設けられている。そのスイベ
ルリスト17上に、フローティングシリンダ装置20が取付
けられている。各軸駆動モータM1〜M6はパルスモータで
あり、それぞれが位置を検出するためのパルスエンコー
ダE1〜E6を備えている。各モータM1〜M6及びパルスエン
コーダE1〜E6はロボット制御装置30に接続され制御され
る。

第３図はフローティングシリンダ装置20を示す断面図
である。フローティングシリンダ装置20はエアシリンダ
構造からなる。ロボット10のスイベルリスト17上に固定
されるシリンダ本体21にはピストン22が嵌挿され、圧縮
空気によりピストンロッド23を後退させる方向に付勢さ
れている。シリンダ内には、ピストン22に当接可能に導
通センサ24が設けられている。導通センサ24はピストン
22のストローク端のストッパを兼ねると共に、ピストン
22の当接により電気的導通を検出してフローティングシ
リンダ装置20のストローク端を検出する。

ピストンロッド23にはブラケット25を介して工具ヘッ
ド26が取付けられている。工具ヘッド26は回転砥石から
なる工具27を備える。また、シリンダ本体21には距離セ
ンサ28が設けられ、工具ヘッド26との距離を光により検
出することにより、フローティングシリンダ装置20のス
トローク量を検出する。

フローティングシリンダ装置20は、自由状態では圧縮
空気の付勢力によりピストン22が導通センサ24に押し付
けられたストローク端の位置にいる。工具（回転砥石）
27が工作物たる母材50に押し付けられると、圧縮空気の
付勢力に抗してピストン22及びピストンロッド23が移動
する。即ち、工具27が工作物たる母材50を押圧する押圧
力は圧縮空気の付勢力で決定する。

第４図はロボット制御装置30を示すブロック図であ
る。ロボット制御装置30は、CPU31（中央処理装置3
1），メモリ32,ディスプレイとキーボードが一体となっ
たCRTコンソール33,可搬式の操作盤であるオペレーテン
グボックス34,及び各軸のサーボ駆動ユニットD1〜D6か
らなるロボット制御部35と、プログラマブルコントロー
ラ（PC）36,工具駆動ユニット37,NG判別回路38からなる
補助制御部39とを備える。

ロボット制御部35は主にロボットの動作軌跡を制御す
る部分であり、CPU31では、CRTコンソール33及びオペレ
ーテングボックス34からのJOG動作により教えられた教
示点をメモリ32に記憶し、それらの情報に基づいて補間
演算等を行って補間点を演算してメモリ32に記憶し、こ
の補間点より各軸J1〜J6の目標位置を算出し各軸サーボ
駆動ユニットD1〜D6に目標位置θ₁,θ_２…θ_６を出力す
る。各軸のサーボ駆動ユニットD1〜D6はそれぞれサーボ
制御用のCPUを備え、パルスエンコーダE1〜E6からの位
置信号を検出して指令された目標位置θ_１〜θ_６を実現
すべく各軸駆動モータM1〜M6を制御する。

補助制御部39は、プログラマブルコントローラ（PC）
36による工具駆動ユニット37の制御等の補助的な制御を
すると共に、ロボット制御用CPU31との間でデータの授
受を行う。すなわち、NG判別回路38では距離センサ28か
らの出力に従いフローティングシリンダ装置20のストロ
ーク量がたとえば1mm±0.1mmの所定しきい値内であるか
否かを判別し、＋NG,OK,−NGの判別信号を出力する。PC
36ではその内部メモリにNG区間記憶領域を確保し、前記
補間点間で分割された区間毎に、＋NG,OK,−NGの判別信
号を記憶する。現在どの区間をロボット10が走行中か
は、CPU31からの加工区間判別信号によりPC36に知らさ
れる。走行終了後に、CPU31はPC36の内部メモリに記憶
された上記判別信号を読み出し、動作軌跡の補正等の処
理を行う。

また、導通センサ24からの信号をPC36を経由してCPU3
1に伝えられる。

本実施例では、NG判別手段１はNG判別回路38により実
現され、教示点記憶手段２及びNG区間記憶手段４はロボ
ット制御部35のCPU31の処理及びメモリ32により実現さ
れる。また、走行手段3,修正手段５及び繰り返し手段６
はCPU31での処理により実現される。

以上の構成に基づき動作について説明する。

第５図は被加工物である母材を示す平面図（ａ），正
面図（ｂ），及び断面図（ｃ）である。母材50は湾曲し
た曲面形状を有する板金部材であり、ろう付溶接による
ビード部51を残している。このビード部51を工具（回転
砥石）27による研磨作業により、母材50に歪みを生じさ
せないように除去し、滑らかな曲面を得ようとするので
ある。

ロボット10の動作軌跡を教示するため、ビード部51が
除去され理想的なプロフィールを示すマスタ母材50を用
意する。まず、工具（回転砥石）27を回転させないまま
マスタ母材50に近づけて砥石27の加工面27Aを接触さ
せ、その接触位置をマスタ母材位置として検出する。接
触検出は導通センサ24により行う。接触検出を行う測定
点52,53は母材形状から適当に選択する。そして、検出
されたマスタ母材位置を教示点として記憶する。

次に、各教示点をフローティングシリンダ装置20を押
し込む方向に1mmだけシフトする演算処理を行う。これ
は、上記マスタ母材形状の測定は工具27の接触位置で検
出しているが、研磨作業の際は一定の押圧力を工具に与
えるため、フローティングシリンダ装置20が正確に1mm
だけ押し込まれた状態で走行するように目標動作軌跡を
決定するためである。

次に、そのシフトされた教示点に基づき、教示点間を
補間して補間点を求め実際にロボット10を走行させ、工
具27のマスタ母材50への当たり具合を測定する。これ
は、工具27を回転させずマスタ母材50に当接させてロボ
ット10を走行させ、各補間点毎に分割された区間毎にNG
判別回路38からのNG信号が出力されたか否かを記憶する
ことにより行われる。そして、一つでもNG信号が出力さ
れた区間であれば、フローティングシリンダ装置20のス
トローク量を適正にすべく補間点を修正し、再度ロボッ
ト10を走行させて工具のマスタ母材50への当たり具合を
測定する。何度も走行及び補間点の修正を繰り返すこと
により、全走行区間においてフローティングシリンダ装
置20のストローク量が1mm±0.1mmのしきい値内に入るよ
うに各補間点が修正される。

このようにして、目標動作軌跡を与える各教示点を、
単なるサンプリングされた点としてではなく、連続した
動作軌跡そのものがマスタ母材50に沿った軌跡として自
動教示される。

第６図及び第７図は上記の制御思想を実現するCPUで
の処理を示すフローチャートである。

教示点測定処理が開始されると（ステップ100）、ま
ず、母材50の測定点52,53位置にアプローチできる位置
に位置決めし、姿勢を決める（ステップ101）。次い
で、母材50へのアプローチを開始し、工具27の母材50へ
の接触を待つ（ステップ102,103）。母材50への接触
は、導通センサ24の電気的導通が切れることにより検出
される。母材50への工具27の接触が検出されると直ちに
ロボット10を停止させ（ステップ104）、その時の各関
節の座標θ₁,θ_２…θ_６を記憶することにより接触点位
置を記憶する（ステップ105）。上記の処理を各測定点5
2,53で繰り返すことにより（ステップ106）、多数の接
触点位置からなるデータとして教示点が記憶される。

すべての測定点の接触検出が終了すると、ステップ10
7に進み、その多数の接触点位置からなる教示点をフロ
ーティングシリンダ装置20を1mm押し込む方向にシフト
する修正を行う。以上で、教示点測定処理を終了する。

次に、第７図に示す軌跡修正処理が開始される。処理
が開始される（ステップ200）と、ステップ201では、前
記測定された教示点間を補間演算し、補間点を求めてメ
モリ32に記憶させ、その補間点を結ぶ軌跡に従ってロボ
ット10の走行が行われる。このとき、工具27は回転させ
ない。

この走行動作中に、CPU31はPC36に現在どの区間を走
行中かを知らせる加工区間判別信号を次々に出力する。
PC36は、加工区間判別信号に従って各区間毎に、NG判別
回路38からの＋NG,OK,−NG信号を内部メモリに次々に記
憶していく。

一連の走行動作からなる１サイクルの走行動作が終了
すると、ステップ202で、CPU31はPC36の内部メモリを読
み出し、＋NG信号又は−NG信号が記憶された区間が存在
するか否かを調べる。一つでもNG信号が記憶された区間
が存在すれば、ステップ203からステップ204に進み、NG
信号が記憶された区間の補間点を＋NG信号か−NG信号か
に従って所定微少量だけ修正する。そして、ステップ20
1に戻り、最初から走行動作を繰り返す。

そして、すべての区間においてOK信号のみ存在するよ
うになれば、ステップ203からステップ205に進み処理を
終了する。

以上説明したように本実施例は、工具27を直接母材50
に接触させて教示点を検出し、かつ、工具27を母材50に
接触させた状態で前記教示点から演算される補間点に基
づいて目標動作軌跡を走行させ、不具合箇所の補間点を
修正するものである。このため、ロボット10の動作軌跡
の修正を自動的に行うことができ、曲率を有する母材50
に常に一定角度で工具27を当てて動くロボット10の動作
軌跡を±0.1mmの精度で設定することができた。

本発明の適用は、研磨作業用のロボットだけではな
い。ばり取り用の力センサを用いたロボットに適用する
ことにより、押圧力一定の動作軌跡を自動設定させるこ
とも可能である。

「発明の効果」 本発明は、上記の構成を有しロボットを実際に走行さ
せて教示点を修正する手段を備えるものであるから、曲
面からなる工作物への工具の当たり具合を適正とするロ
ボットの動作軌跡を数少ない教示点で高精度に自動教示
することができるという優れた効果がある。また、工具
（回転砥石）を直接母材に接触させて母材の位置を検出
し目標軌跡を修正するため、砥石摩耗の補正を同時に行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は発明の構成を示
す構成図、第２図はロボットを示す斜視図、第３図はフ
ローティングシリンダ装置を示す断面図、第４図はロボ
ット制御装置を示すブロック図、第５図は母材を示す
図、第６図及び第７図は実際の処理を示すフローチャー
トである。 10……ロボット、20……フローティングシリンダ装置、
24……導通センサ、26……工具ヘッド、27……工具（回
転砥石）、28……距離センサ、30……ロボット制御装
置、31……CPU、35……ロボット制御部、36……PC（プ
ログラマブルコントローラ）、38……NG判別回路（NG判
別手段）、39……補助制御部、50……母材、51……ビー
ド部、52,53……測定点。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丹羽 広 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田 工機株式会社内 審査官 藤本 信男 (56)参考文献 特開 昭63−15306（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロボットの先端に取付けられ工具を所定押
   圧力で一定方向に付勢して保持するフローティングシリ
   ンダ装置と、 そのフローティングシリンダ装置のストローク量を検出
   する距離センサと、 その距離センサの出力からストローク量が所定目標値か
   ら所定しきい値以上外れたことを判別しNG信号を出力す
   るNG判別手段と、 ロボットの目標動作軌跡を教示点として記憶する教示点
   記憶手段と、 その教示点間を補間してロボットに目標動作軌跡を走行
   させる走行手段と、 その走行中の前記NG信号の発生の有無を前記各教示点間
   を補間して得られた補間点で分割されたそれぞれの区間
   毎に記憶するNG区間記憶手段と、 NG信号の発生した区間の補間点を前記ストローク量を適
   正にする方向に移動すべく教示点を修正する修正手段
   と、 前記すべての区間においてNG信号が発生しなくなるまで
   前記走行手段、前記NG区間記憶手段及び前記修正手段を
   繰返し実行する繰返し手段と、を備えることを特徴とす
   るロボット制御装置。